Способ культивирования микроорганизмов Советский патент 1982 года по МПК C12N1/28 

1. Изобретение касается способов культивировашя микроорганизмов на прямоцепных углеводородах, в особенности культивирования микроорганизмов с поглощением кислорода, приче микроорганизмы культивируются для получени простейших протеинов. Для целей кормления или также для питания юдей. Изобретение относится к технической микробиологии и может быть использовано в установках, в которых из углеводородов получают протеины. При промышленном использовании способа наряду с качеством продукции решающую роль играет зкономичность способа, причем стремятся к следующим главным целям: Высокая степень использования применяемого источника углеводородов для синтеза клеточного вещества. Высокая степень использования подаваемого кислорода для синтеза клеточного вешества, так как ;51ля диспергирования кислорода или кислородсодержащего газа должна потребляться энергия, и поглощение кислорода прягводит кроме того к потерям углерода. Если биомасса дочжна бьггь переработана в продукты кормления или питания, стремятс к высокому содержанию основы протеина и . выгодной степени использования израсходовашюго азота для легко усваиваемого протеина, так что, например, поддерживается возможно низкое содержание азота в нуклеиновой кислоте..... Достижение высокой концеитращт биомассы в ферментере, чтобы снизить затраты на переработку.. Разработаны ферментеры с высокой интенсивностью газации и высокой степенью превращения азота, например ферментеры с подачей потока (экономический патент 111 144). Для улучщения обмена веществ с кислородом из воздуха в ферментационной среде. предпожеяо . использовать поверхностно-активные вещества (выЗкладное описание изобретения к яеакцептовадарй заявке 1 442 296).., . Исследовано и предложено большое количество различных микроорганизмов соответственно их различным специфическим характеристикам производительности и качеств.

Предложены также различные вещества в качестве стимуляторов роста и качества (выкладное описание изобретения к неакцептованной заявке 470 490) выкладное описание изобретения к неакцептованной заявке 1 470 507, экономический патент ГДР 50 543 и выкладное описание- изобретения к неакцептованной заявке 2 043 206).

Использование источника углерода с предпочтительным числом С 10-14 для ферментации на и-парафинах в фазе логарифмического- роста дрожжевых клеток между 0,08 и 0,10 вес. ч. суспензии культуры (патент исключительного права ГДР 113 927).

Используемые микроорганизмы имеют значительные резервы относительно использования израсходованного углерода, кислорода и также азота в пользу желаемого чистого протеина. Цель изобретения - повышение экономичности способа культивирования микроорганизмов на прямоцепных углеводородах, вследствие лучшего использования микроорганизмов а также создание таких условий способа, чтобы достигался оптимальный коэффициент созревания клеток микроорганизмов.

Состав н-парафинов по характеристике используемого углеводородного сырья в связи с определенными условиями способа оказывает значительное влияние на коэффициент созревания клеток микроорганизмов, а также на качество продукции.

Для культивирования микроорганизмов исходные продукты источника углеродов используются так, как они поступают на рафинированное очищение.

С другой стороны л-парафиносодержащие углеводородные фракции используются так, что после микробиологичесокй депарафинизации они удовлетворяют предусмотренным целям применения. Связи между созреванием клеток микроорганизмов, качеством конечного продукта протеина относительно исходной фракции и условиями ферментации до сих пор еще не известны.

Вместо общеизвестных используемых исходных фракций кипящего положения 200300°С используются определенные срезы н-парафинов или «-парафиносодержащих углеводородных смесей более высокого уровня кипения и соответственно для срезов выбираются условияя наиболее благоприятного результата выращивания, достигаются значительно лучшие результать при улучшении удельного расхода кислорода, углерода и азота в пользу чистого про1еина. .

Высокая концентрация биомассы достигается, если используемые срезы и-парафинов или н-парафиносодержзщих смесей имеют температуру начала кипения выше на 60-120 С, в особенности на 80-100°С, т. е. необходимо более высокое число С н-парафинов, при одновременном сужении диапазона числа С.

Это значение достигается, если по меньшей мере 70% используемых прямоцепных углеводородов имеют число С больше, чем 15.

Продолжительность контакта ферментационной смеси с микроорганизмами (источником углерода), водяным раствором питательного

вещества в ферментере не должно быть сокращено ниже определенного граничного значения. Это граничное значение составляет примерно на 1-2 ч больше, чем было бы возможно соответственно естественной скорости роста

микроорганизмов при условиях углеводородной ферментации, и используется до сих пор в известных сгюсобах.

При введении нормальных смесей устанавливают возможно короткое время реакции, .

чтобы избежать высокой степени поглощения использованного источника углерода и подаваемого кислорода при более длинном времени реакции. Это короткое время реакции имеет недостаток, поскольку может привести к неполному созреванию клеток. Различия в биологическом общем ходе реакции синтеза клеточного вещества при использовании предлагаемого способа имеют чрезвычайно сложную природу.

В целом из этого различия вытекают результирующие преимущества, что при синтезе клеточного вещества из более длинных цельных я-парафиновых цепочек из клетки отдается мало энергии и продуктов обмена веществ, и,что при найденном более высоком оптимуме времени реакции возможно наилучшее созревание клеток, например, в клетках с более высоким коэффициентом созревания более выгодное отношение клеточной плазмы к ядру клетки, так что в клеточном ядре относительно уменьшаются связанные неусваиваемые азотные соединения.

Очевидно, что расходуется меньще кислорода, углерода и азота для продуктов обмена веществ и неусваиваемых азотных соединений, причем более высокая степень поглощения

при удлиненной продолжительности реакции, олагодаря получающимся преимуществам, более чем компенсируется или по меньшей мере компенсируется.

Таким образом возможно достижение оптимального коэффициента созревания клеток микроорганизмов для получения протеина при выгодных зкономических условиях.

Преимущество при применении более высокого среза пол)ается в таком виде, что при ферментации с поглощением кислорода естественные потери углеводородов при испарении уменьшаются почти наполовину. 5 Если рассматривать предлагаемый способ в связи с переработкой продукции из минеральных масел или на нефтеперерабатывающем или нефтехимическом комбинате, то можно получить ряд преимуществ относительно экономного использования составных частей тяжелых нефтяных фракций для получения протеинов и также в таком виде, что легкие до сих пор используемые составные части могут найти экономичное или выгодное для народного хозяйства применение ч Представлены два варианта способа при ис пользовании в качестве пpoиэвoдиfeльнoй куль туры Candida guillermondii. Использование Candidaguilliermondii следует принимать как пример, а не как ограничение. Принципиальные тенденции имеют доказанн термодинамическим способом силу для всех микроорганизмов, которые для синтеза клеточ ного вещества могут использовать (преимущест венно к-парафины. Пример 1. В экспериментальном фер ментере с котлом с мещалкой емкостью 500 л, который оснащен всеми используемыми дпя непрерывного выращивания мик роорганизмов с поглощением кислорода устро ствами и необходимой измерительной технико выращена Candida guillermondii на очищенны н-парафинах-при следующих условиях: Начало кипения «-парафиновой фракции, С ; Конец кипения «-парафиновой фракции, °С Среднее 1шсло С н-парафина Ферментационная смесь в ферментере, кг Продолжительность реакции ферментационной смеси, ч П9Дача м-парафинов, кг/ч Температура, °С Значение рН Концентрация питательных и микроэлементов в ферментационной смеси благодаря непре рывной дозировке при соответствующем питательном растворе поддерживалась, мг/л: 100-155 200-300 50-100 60-90 10-15 20-30 3-6 3 .5-7 Удельная степень обдува 70 л воздух/кг ферментационной смеси, удельное питание мощности 10 Вт/кг ферментационной смеси через мещалку (нетто). Опыт продолжался приблизительно 10 дней, приче - биомасса взята очищена и высушена для анализа и отдела для соответствующего опыта, вследствие чего достигнуты следующие результаты (столбец 2). В табл. 1 даны для сравнения результаты обычной ферментации со смесью к-парафинов при уровне кипения 200-380° С и обьиной продолжительностью реакции 4ч. П р и м е р 2. На опытной станции согласно примеру 1 непрерывно выращена Сап dida guilliermondii. Степень обдува 70 л воздух/кг ферментационной смеси, удельное питание мощности через мещалку 8 Вт/кг ферментационной смеси. Концентрация питательных и микроэлементов поддерживалась аналогично примеру 1. Температура, С33 Значение рН4,2 Продолжительность реакции, ч7 Использован выделенный из нефти газойль при уровне кипения 295-370°, который содержит 20,1 вес.% и-парафинов со средним числом С - Ci8 в диапазоне Концентрация газойля в ферментационной среде составляет 26,5%о Олыт проводят 8 дней. После фермеитации неизрасходованный газойль отделен посредством непрерывно работающего дискового сепаратора. В высокой степени освобожденная от газойля дрожжевая суспензия была высушена. затем отдельными порциями экстрагирована с органической смесью растворителя (бензииизопропанол), высушена и соответствующим образом анализирована. Получены следующие результаты (столбец 2) В столбце 1 даны дпя сравнения результаты известного способа с вьщелением газойля при уровне кипения 230-350С (табл. 2). Продолжительность реакции составляет 4 ч. Концентрация газойля 14% при содержании и-парафинов в вьщеленном газойле 19,8%. Среднее число С в вьщеленном газойле, содержащем нтпарафнны, составляет Ci5 в диапазоне Сд-Cjj.

(.

Показатели Концентрация биомассы, г/кг

Выход биомассы, кг/ч

Удельный расход кислорода, кг Ог/кг высокотемпературной

Т а б лица 1

I

2

1 40 17.0

1,01

0,85

Формула изобретения Способ культивирования микроорганизмов на прямоцепных углеводородах для получегтя протеина одноклеточных организмов улучшенным вызреванием клеток микроорганизмов, о т л ичающийся тем, что примененная м-парафиновая или фракция, содержащая н-парафины, по сравнению с до сих пор применяемыми фракциями, с температурой начала кипения 200-380°С имеет на 60-120°С, особенно 80lOOC, высшую температуру начала кипения и тем самым высшее среднее число атомов углерода -парафш1ов (не менее 17), причем диапазон числа.атомов углерода ограничивается так, что по крайней мере 70% применяемых прямоцепных углеводородов имеет больше 15 атомов углерода и длительность выдержки

994517310

ферментационной смеси, состоящей из микро-Признано изобретением по результатам экс

организмов, источника углерода, водной пи-пертизы, осуществленной ведомством по иэобтательной среды, в ферментере составляет неретательству Германской Демократической

менее 5ч.Республики.